KR100985324B1 - 다중 광학계를 사용하는 광학적 검사장치 - Google Patents

Abstract

본 발명에 의한 다중 광학계가 사용되는 광학적 검사 장치는, 검사 대상물의 결함을 검출하는 다수의 광학계와; 상기 다수의 광학계에 조명을 제공하는 다수의 광원과; 상기 각 광원에서 제공되는 조명이 모두 균일하게 나뉘어 상기 각 광학계에 입력되도록 하는 조명 분배 장치가 포함되며,

상기 조명 분배 장치의 내부는 대각선으로 서로 교차되도록 형성된 비편광 빔 스플리터가 구비되어 있음을 특징으로 한다.

이와 같은 본 발명에 의하면, 다수의 광원으로부터 각각 제공되는 조명이 빔 스플리터(beam splitter)를 통해 균일하게 나뉘어 다중 광학계를 구성하는 각각의 광학계로 입력되어 각 광학계가 검사하는 영역들의 검사 품질이 균일하게 유지토록 함으로써, 짧은 시간에 많은 검사를 수행하여 생산성 향상에 기여하는 장점이 있다.

Description

다중 광학계를 사용하는 광학적 검사장치{optical inspection apparatus by using multi-optical system}

도 1은 종래에 사용되고 있는 다중 광학계가 사용되는 광학적 검사 장치의 일 실시예에 대한 개략적인 구성을 나타낸 도면.

도 2는 종래에 사용되고 있는 다중 광학계가 사용되는 광학적 검사 장치의 다른 실시예에 대한 개략적인 구성을 나타낸 도면.

도 3은 본 발명에 의한 다중 광학계가 사용되는 광학적 검사 장치의 일 실시예에 대한 개략적인 구성을 나타낸 도면

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

300 : 제 1광원 310 : 제 1광학계

320 : 조명 분배 장치 322 : 제 1 비편광 빔 스플리터

330 : 광섬유 430 : 평행광 렌즈

본 발명은 다중 광학계를 사용하는 광학적 검사장치로, 특히 다수개의 광원을 이용함에 있어 각 광원에서 상기 다중 광학계에 공급되는 조명의 밝기를 균일하 게 제공하여 광학적 검사를 수행하는 광학적 검사장치에 관한 것이다.

최근 산업의 고도화에 따라 각종 부품 및 소자의 구성이 점차 복잡해지고, 소형화 되고 있으며, 이에 따라 상기 각종 부품 및 소자들의 성능과 수율 향상을 위해 그에 대한 검사 기술의 중요성이 점차적으로 증대되고 있다.

상기 검사 기술은 다양하게 존재하는데, 이러한 다양한 검사 기술의 분야 중의 하나로 광학적 검사 기술을 들 수 있으며, 상기 광학적 검사의 정확성 및 안정성을 보장하기 위해서는 조명의 균일도 유지가 필수적으로 갖추어져야 한다.

일 례로 세라믹 기판 등에 형성된 부품 및 소자에 대해 광학적 검사를 수행하는 경우, 상기 부품 및 소자 내부에 발생된 크랙(crack) 또는 기포에 의해 상기 크랙, 기포 발생 부분에서 광학적 반사율 또는 투과율이 극소적으로 변화하게 되는데, 이러한 결함을 상기 광학적 검사를 통해서 검출할 수 있게 되는 것이다.

상기 광학적 검사를 수행하는 광학적 검사 장치는, 개략적으로 상기 검사 대상물의 결함을 검출하는 광학계와, 상기 광학계에 일정한 조명을 제공하는 광원으로 구성되며, 상기 광학계로 제공되는 조명은 광섬유를 통해 전달된다.

최근에는 상기 검사 대상물의 크기가 대형화되고 있는 반면에 생산성 향상을 위하여 그에 대한 검사 시간의 단축이 지속적으로 요구되고 있는 상황이며, 이와 같은 요구를 충족시키기 위해 다중 광학계를 이용하여 한 번에 많은 영역을 검사할 수 있는 광학적 검사 장치들이 개발되고 있다.

이 때, 상기 다중 광학계를 이용하여 동시에 많은 영역을 검사할 때는 각 광학계가 검사하는 영역들의 검사 품질이 모두 균일하게 유지되어야 하며, 이러한 조 건을 만족시키기 위해서는 광원으로부터 상기 각 광학계에 제공되는 조명의 밝기가 모두 균일해야 하며, 또한, 시간이 경과함에 따라 각 조명 간에 밝기 차이가 발생되지 않아야 한다.

도 1은 종래에 사용되고 있는 다중 광학계가 사용되는 광학적 검사 장치의 일 실시예에 대한 개략적인 구성을 나타낸 도면이다.

단, 이는 다수의 광학계와, 상기 각 광학계에 조명을 제공하는 다수의 광원과의 연결관계 만을 설명하기 위한 도면으로, 광학적 검사 장치의 그 외의 구성요소에 대해서는 설명을 생략하도록 한다.

도 1을 참조하면, 이는 다중 광학계를 구성하는 다수의 광학계(12)에 대해 각각 독립적으로 다수의 광원(10)으로부터 조명을 공급하는 방법으로, 즉, 각각의 광원에서 일대일로 광섬유(14)를 이용하여 광학계를 연결하는 경우이다.

이 경우 각 광원(10)의 특성에 따라 각 광학계(12)에 공급되는 조명의 밝기가 균일하지 않을 가능성이 크다. 또한, 최초 각 광원의 밝기를 조절하여 각 광학계에 공급되는 조명의 밝기를 모두 균일하게 조정하였다 하더라도, 시간이 경과됨에 따라 각 광원의 밝기가 변하면서 공급되는 조명의 밝기도 변하게 되는 것이다.

즉, 상기와 같은 구성에 의할 경우 각 광학계의 검사 품질을 항상 균일하게 유지하는 것이 거의 불가능하다는 단점이 있다.

도 2는 종래에 사용되고 있는 다중 광학계가 사용되는 광학적 검사 장치의 다른 실시예에 대한 개략적인 구성을 나타낸 도면이다.

도 2를 참조하면, 이는 다수의 광원(20)을 광섬유(24)를 이용하여 혼합한 뒤 이를 각 광학계(22)에 공급하는 방법으로, 즉, 여러 개의 광원(20)에서 광섬유(24)를 통해 공급되는 조명에 대해 중간에서 상기 광섬유(24)을 임의로 혼합한 뒤 다시 분배하여 각 광학계(22)에 공급하는 방식이다.

이 경우 각 광원의 특성 변화에 따른 각 광학계에 공급되는 조명의 변화를 감소시킬 수 있으나, 각 광원에서 공급되는 조명이 각 광학계에 1/n씩 동일하게 영향을 미칠 수 있도록 광섬유를 완전히 균일하게 혼합하는 것이 매우 힘들 뿐 아니라, 작업자 및 작업 시기에 따라 제품간 편차가 발생될 가능성이 크다는 문제점이 있다.

또한, 상기 혼합되는 광섬유 중 어느 하나에 대해서만 결함이 생겨도 전체 광섬유를 못쓰게 되어 큰 손실을 유발하는 단점이 있다.

본 발명은 다수의 광원으로부터 각각 제공되는 조명이 빔 스플리터(beam splitter)를 통해 균일하게 나뉘어 다중 광학계를 구성하는 각각의 광학계로 입력됨으로써, 각 광학계가 검사하는 영역들의 검사 품질이 균일하게 유지토록 하는 다중 광학계를 사용하는 광학적 검사장치를 제공함에 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 다중 광학계가 사용되는 광학적 검사 장치는, 검사 대상물의 결함을 검출하는 다수의 광학계와; 상기 다수의 광학계에 조명을 제공하는 다수의 광원과; 상기 각 광원에서 제공되는 조명이 모두 균일하게 나뉘어 상기 각 광학계에 입력되도록 하는 조명 분배 장치가 포함되며,

상기 조명 분배 장치의 내부는 대각선으로 서로 교차되도록 형성된 비편광 빔 스플리터가 구비되어 있음을 특징으로 한다.

여기서, 상기 각 광원에서 발생된 조명을 상기 각 비편광 빔 스플리터에 입력되도록 하는 광 섬유와; 상기 광 섬유의 끝 단에 구비되어 상기 조명이 퍼져나가 손실되는 것을 방지하는 평행광 렌즈가 더 구비되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 각 비편광 빔 스플리터에서 균일하게 분배된 조명이 상기 각 광학계로 입력되도록 하는 광 섬유와; 상기 광 섬유의 끝 단에 구비되어 상기 조명이 모여져서 광 섬유로 전달되도록 하는 평행광 렌즈가 더 구비되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 다수의 광학계 및 광원은 각각 쌍을 이루어 구비되며, 상기 쌍을 이루는 각 광원 및 광학계는 상기 조명 분배 장치의 각 면에 대응되도록 위치함을 특징으로 한다.

또한, 상기 각 광원에서 제공되는 조명은 상기 각 비편광 빔 스플리터에 대해 45°입력됨을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 다른 실시예에 의한 다중 광학계가 사용되는 광학적 검사 장치는, 검사 대상물의 결함을 검출하는 다수의 광학계와; 상기 다수의 광학계에 조명을 제공하는 다수의 광원과; 상기 각 광원에서 제공되는 조명이 모두 균일하게 나뉘어 상기 각 광학계에 입력되도록 하는 조명 분배 장치가 포함되며,

상기 조명 분배 장치의 내부는 대각선으로 서로 교차되도록 형성된 반투명 거울이 구비되어 있음을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 보다 상세히 설명하도록 한다.

도 3은 본 발명에 의한 다중 광학계가 사용되는 광학적 검사 장치의 일 실시예에 대한 개략적인 구성을 나타낸 도면이다.

단, 이는 다수의 광학계와, 상기 각 광학계에 조명을 제공하는 다수의 광원과의 연결관계 만을 설명하기 위한 도면으로, 광학적 검사 장치의 그 외의 구성요소에 대해서는 설명을 생략하도록 한다.

또한, 설명의 편의를 위하여 광원 및 광학계가 각각 4개로 구성되어 있음을 가정하고 있으나, 이는 하나의 실시예에 불과한 것이다.

본 발명은 다수의 광원으로부터 각각 제공되는 조명이 다중 광학계를 이루는 각각의 광학계에 균일하게 제공되도록 하기 위해, 비편광 빔 스플리터(non polarizing beam splitter)를 사용하는 것을 그 특징으로 한다.

즉, 본 발명은 다수의 광원으로부터 각각 조명이 제공되고, 각 조명이 상기 비편광 빔 스플리터를 거쳐 균일하게 혼합되어 각 광학계에 입력됨으로써, 다중 광학계에 입력되는 조명의 밝기 편차 및 시간 경과에 따른 조명의 불균일 등의 문제점이 극복되는 것이다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예는 4개의 광원(300, 302, 304, 306)과, 상기 각 광원과 한 쌍을 이루는 4개의 광학계(310, 312, 314, 316) 및 상기 각 광원에서 제공되는 조명이 모두 균일하게 1/4씩 나뉘어 상기 각 광학계에 입력되도록 하는 조명 분배 장치(320)가 구비되어 있다.

여기서, 상기 조명 분배 장치(320)의 내부는 대각선으로 서로 교차되도록 형성된 비편광 빔 스플리터(322, 324, 326, 328)가 구비되어 있다. 즉, 상기 비편광 빔 스플리터는 상기 조명 분배 장치 내부에서 제 1비편광 빔 스플리터(322), 제 2비편광 빔 스플리터(324), 제 3비편광 스플리터(326), 제 4 비편광 빔 스플리터(328)로 나뉘어 진다.

또한, 상기 쌍을 이루는 각 광원 및 광학계는 상기 조명 분배 장치(320)의 각 면에 대응되도록 위치되어 있으며, 그에 따라 상기 각 광원에서 제공되는 조명은 상기 각 비편광 빔 스플리터에 대해 45°로 입력된다.

편의상 상기 조명 분배 장치(320)의 상측에 위치한 광원 및 광학계를 제 1광원(300) 및 제 1광학계(310)라 하고, 이를 중심으로 조명이 균일하게 분배되는 동작을 설명하도록 한다.

상기 제 1광원(300)에서 발생된 조명은 상기 제 1광원(300)에 연결된 광섬유(330)를 통해 상기 조명 분배 장치(320)의 제 1 비편광 빔 스플리터(322)에 입력된다. 여기서, 상기 제 1광원(300)에서 제공되는 조명은 적색 선 형태로 도시되고 있다.

이 때, 본 발명의 경우 상기 광섬유(330) 끝에서 나온 조명이 퍼져나가 손실되는 것을 방지하기 위해 즉, 광 손실을 줄이기 위해 평행광 렌즈(collimation lens)(340)를 채용하고 있다.

이와 같이 상기 평행광 렌즈(340)를 통해 평행하게 진행되는 조명은 상기 제 1비편광 빔 스플리터(322) 면에서 1/2은 투과되고 나머지 1/2은 반사된다.

또한, 상기 투과된 조명은 다시 제 2비편광 빔 스플리터(324) 면에 입사되며, 그에 대해 1/2은 반사되어 제 2광학계(312)로 입력되고, 나머지 1/2은 투과되어 제 3광학계(314)로 입력된다.

또한, 상기 반사된 조명은 다시 제 4비편광 빔 스플리터(328) 면에 입사되며, 그에 대해 1/2은 반사되어 제 1광학계(310)로 입력되고, 나머지 1/2은 투과되어 제 4광학계(316)로 입력된다.

즉, 결과적으로 상기 제 1광원(300)에서 발생된 조명은 상기 조명 분배 장치(320)에 구비된 비편광 빔 스플리터(322, 324, 326, 328)에 의해 정확하기 1/4로 분배되어 각각의 광학계(310, 312, 314, 316)에 입력되는 것이다.

이 때, 상기 분배되어 각 광학계에 입력되는 조명에 있어서도 상기 광원에서 제공되는 것과 동일하게, 입력되는 광의 손실을 줄이기 위해 즉, 상기 조명이 모여져서 전달되도록 하는 평행관 렌즈(360)가 채용되며, 상기 조명은 광섬유(350)를 통해 상기 광학계로 입력되는 것이다.

이는 제 2광원(302), 제 3광원(304), 제 4광원(306)에서 발생되는 조명에 대해서도 동일하게 적용된다. 여기서, 상기 제 2광원(302)에서 제공되는 조명은 점선 형태로, 상기 제 3광원(304)에서 제공되는 조명은 파란색 선 형태로, 상기 제 4광원(306)에서 제공되는 조명은 녹색 선 형태로 도시되고 있다.

즉, 도시된 바와 같이 각 광원에서 발생된 조명이 모두 1/4씩 나뉘어 각각의 광학계에 입력되는 것으로, 이에 따라 상기 4개의 광원간에 밝기 편차가 존재하거나 시간이 경과함에 따라 그 밝기가 변하더라도 각 광학계에 전달되는 조명의 밝기 에는 전혀 편차가 존재하지 않게 되는 것이다.

이 때, 상기 비편광 빔 스플리터 대신 반투명 거울(half mirror)이 사용되는 것도 가능하나, 편광 빔 스플리터를 사용하는 것은 적절치 않다.

이는 편광 빔 스플리터를 사용하게 될 경우 상기 편광 빔 스플리터를 투과한 한 반사되는 조명(또는 반사된 뒤 투과한 조명)은 두번 모두 투과 또는 반사된 빛에 비해 밝기가 작아질 가능성이 크기 때문이다.

상기 설명한 본 발명의 실시예는 본 발명에 의한 다중 광학계를 사용하는 광학적 검사장치를 설명하기 위한 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양하고 균등한 예가 가능하다는 것을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 권리범위는 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.

이와 같은 본 발명에 의한 다중 광학계를 사용하는 광학적 검사장치에 의하면, 다수의 광원으로부터 각각 제공되는 조명이 빔 스플리터(beam splitter)를 통해 균일하게 나뉘어 다중 광학계를 구성하는 각각의 광학계로 입력되어 각 광학계가 검사하는 영역들의 검사 품질이 균일하게 유지토록 함으로써, 짧은 시간에 많은 검사를 수행하여 생산성 향상에 기여하는 장점이 있다.

Claims (6)

1. 검사 대상물의 결함을 검출하는 다수의 광학계와,

   상기 다수의 광학계에 조명을 제공하는 다수의 광원과,

   상기 각 광원에서 제공되는 조명이 모두 균일하게 나뉘어 상기 각 광학계에 입력되도록 하는 조명 분배 장치가 포함되며,

   상기 조명 분배 장치의 내부는 대각선으로 서로 교차되도록 형성된 비편광 빔 스플리터가 구비되어 있음을 특징으로 하는 다중 광학계를 사용하는 광학적 검사장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 각 광원에서 발생된 조명을 상기 각 비편광 빔 스플리터에 입력되도록 하는 광 섬유와,

   상기 광 섬유의 끝 단에 구비되어 상기 조명이 퍼져나가 손실되는 것을 방지하는 평행광 렌즈가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 다중 광학계를 사용하는 광학적 검사장치.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 각 비편광 빔 스플리터에서 균일하게 분배된 조명이 상기 각 광학계로 입력되도록 하는 광 섬유와,

   상기 광 섬유의 끝 단에 구비되어 상기 조명이 모여져서 광 섬유로 전달되도록 하는 평행광 렌즈가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 다중 광학계를 사용하는 광학적 검사장치.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 다수의 광학계 및 광원은 각각 쌍을 이루어 구비되며, 상기 쌍을 이루는 각 광원 및 광학계는 상기 조명 분배 장치의 각 면에 대응되도록 위치함을 특징으로 하는 다중 광학계를 사용하는 광학적 검사장치.
5. 제 1항에 있어서,

   상기 각 광원에서 제공되는 조명은 상기 각 비편광 빔 스플리터에 대해 45°로 입력됨을 특징으로 하는 다중 광학계를 사용하는 광학적 검사장치.
6. 검사 대상물의 결함을 검출하는 다수의 광학계와,

   상기 다수의 광학계에 조명을 제공하는 다수의 광원과,

   상기 각 광원에서 제공되는 조명이 모두 균일하게 나뉘어 상기 각 광학계에 입력되도록 하는 조명 분배 장치가 포함되며,

   상기 조명 분배 장치의 내부는 대각선으로 서로 교차되도록 형성된 반투명 거울이 구비되어 있음을 특징으로 하는 다중 광학계를 사용하는 광학적 검사장치.

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